ADS129x/ADS129xR 多通道生物电位测量 ADC 产品总结

ADS1294、ADS1296、ADS1298（ADS129x）和ADS1294R、ADS1296R ADS1298R（ADS129xR）是一系列多通道、同时采样、24位、δσ（ΔΣ）模数转换器（ADC），内置可编程增益放大器（PGA）、内部参考和板载振荡器。ADS129x和ADS129xR包含了医疗心电图（ECG）和脑电图（EEG）应用中常见的所有功能。凭借高度集成度和卓越性能，ADS129x和ADS129xR能够以显著降低体积、功耗和整体成本的可扩展医疗仪器系统开发。
*附件：ads1294r.pdf

ADS129x和ADS129xR每个信道配备一个灵活的输入复用器（多工器），可独立连接到内部生成的信号，用于测试、温度和引线检测。此外，输入通道的任何配置都可以选择用于推导右脚驱动（RLD）输出信号。ADS129x 和 ADS129xR 的数据速率高达 32 kSPS，从而实现软件节奏检测。引线检测可以在器件内部实现，可以通过上拉或下拉电阻，或激励电流汇或源电路实现。三台集成放大器产生标准12导联心电图所需的Wilson中央终端（WCT）和Goldberger中央终端（GCT）。ADS129xR版本包含完全集成的呼吸阻抗测量功能。多个 ADS129x 和 ADS129xR 设备可以在高通道数量系统中串联，采用菊花链式配置。

套件选项包括一台小型8毫米×8毫米64球BGA和TQFP-64。ADS129x BGA版本的商业温度范围为0°C至70°C。 ADS129xR BGA和ADS129x TQFP版本的工业温度范围为–40°C至+85°C。

特性

• 八台低噪声PGA和八台高分辨率ADC（ADS1298，ADS1298R）
• 低功率：0.75 mW/通道
• 输入参考噪声：4 μV PP （150 Hz BW，G = 6）
• 输入偏置电流：200 pA
• 数据速率：250 SPS 至 32 kSPS
• CMRR：–115 dB
• 可编程增益：1、2、3、4、6、8或12
• 支持符合AAMI EC11、EC13、IEC60601-1、IEC60601-2-27和IEC60601-2-51标准的系统
• 单极或双极电源：
  • AVDD = 2.7 V 至 5.25 V
  • DVDD = 1.65 V 至 3.6 V
• 内置右腿驱动放大器，引线检测，Wilson中心端子，配速检测，测试信号
• 综合呼吸阻抗测量
• 数字配速检测能力
• 内置振荡器和参考
• 兼容SPI™的串行接口

参数

方框图

ADS129x（ADS1294/1296/1298）与 ADS129xR（ADS1294R/1296R/1298R）是德州仪器（TI）推出的低功耗多通道模数转换器（ADC），核心优势为高集成度、低噪声与医疗专用功能，专为 ECG、EMG、EEG 等生物电位测量设计，符合 AAMI EC11、IEC60601 等医疗标准，xR 系列额外集成呼吸阻抗测量功能。

一、核心产品参数

1. 基础性能指标

• 通道与分辨率 ：ADS1294 为 4 通道、ADS1296 为 6 通道、ADS1298 为 8 通道；均为 24 位分辨率，支持 250 SPS~32 kSPS 数据率，分高分辨率（HR）与低功耗（LP）两种模式。
• 动态性能 ：输入噪声低至 4 pVpp（150Hz 带宽，增益 = 6），CMRR 达 - 115 dB，PSRR 达 90 dB，SNR 典型值 112 dBFS，总谐波失真（THD）优于 - 98 dB，抗干扰能力极强。
• 输入特性 ：可编程增益 1/2/3/4/6/8/12 倍，差分输入范围 ±VREF/Gain，输入偏置电流 200 pA，输入阻抗 1000 MΩ（无导联脱落检测时），适配微弱生物电信号采集。
• 功耗与供电 ：每通道功耗低至 0.75 mW；模拟电源（AVDD）2.75.25 V，数字电源（DVDD）1.653.6 V，支持单极性或双极性供电。

2. 环境与封装

• 工作温度：商用级（0°C 至 70°C）、工业级（-40°C 至 85°C），满足不同医疗设备场景；
• 封装形式：64 引脚 NFBGA（8mm×8mm）与 64 引脚 TQFP（10mm×10mm），符合 RoHS 标准，引脚镀层为 NIPDAU，MSL 等级 3，峰值回流温度 260°C；
• ESD 防护：人体模型（HBM）±2000 V，充电设备模型（CDM）±500 V，满足医疗设备电气安全要求。

二、关键功能特性

1. 医疗专用功能

• 导联脱落检测：支持直流（上拉 / 下拉电阻、电流源）与交流两种模式，可监测电极连接状态，电流幅值 6/12/18/24 nA 可编程；
• 右腿驱动（RLD）放大器：可选择任意通道组合生成共模反馈信号，稳定患者体表电位，抑制工频干扰；
• 威尔逊中心终端（WCT）：集成 3 个低噪声放大器，生成 12 导联 ECG 所需参考电位，支持 augmented 导联扩展；
• 起搏检测：支持硬件（PGA 输出直接引出）与软件（32 kSPS 高采样率）两种模式，适配起搏器脉冲检测；
• 呼吸测量（仅 xR 系列）：集成内部调制 / 解调电路，支持 32/64 kHz 调制频率，阻抗测量范围可达 10 kΩ，噪声低至 20 mΩpp。

2. 信号处理与增强

• 内置校准信号：可生成 ±1/±2 mV 测试信号，用于系统自检与校准；
• 温度与电源监测：集成片上温度传感器，支持模拟 / 数字电源电压测量，误差 ±2%；
• 数字滤波器：三阶 sinc 滤波器，-3dB 带宽为 0.262× 数据率， settling 时间 4 个转换周期，无需外部抗混叠滤波器。

3. 接口与控制

• 通信接口：SPI 兼容串行接口，支持连续读数据（RDATAC）与单次读数据（RDATA）模式，可通过菊花链（Daisy-Chain）扩展多设备；
• GPIO 功能：4 个通用 I/O 引脚，可配置为输入 / 输出，支持呼吸控制、起搏检测等功能扩展；
• 寄存器配置：丰富的配置寄存器，支持通道独立功耗控制、增益调节、功能模式切换等。

三、应用与设计要点

1. 典型应用场景

• 医疗仪器：患者监护仪、动态心电图（Holter）、除颤仪（AED）、脑电双频指数（BIS）监测仪、睡眠监测设备；
• 健康设备：便携式心电监测、远程医疗终端、可穿戴生物传感设备。

2. 硬件设计建议

• 供电与去耦 ：模拟电源与数字电源独立供电，就近放置 0.1 μF 陶瓷电容 + 1~10 μF 钽电容去耦，VCAP1/VCAP2/VCAP3/VCAP4 引脚需按要求连接旁路电容，稳定内部参考与电荷泵电压；
• 布局规范：采用独立接地平面，模拟信号（输入、参考）与数字信号（SPI、GPIO）分开布线，输入通道差分对称走线，远离时钟线与功率器件，减少串扰；
• 电极接口：建议采用 RC 滤波 + TVS 管进行防护，导联线需屏蔽，通过 RLD 电路稳定共模电压，避免电极偏移导致信号失真。

3. 软件与配置

• 初始化流程：上电后需等待电源稳定与内部参考唤醒（约 150 ms），通过 RESET 引脚或命令复位寄存器，配置增益、数据率与功能模式；
• 功能配置：导联脱落检测需设置 LOFF 寄存器，RLD 功能通过 RLD_SENSP/RLD_SENSN 选择参与通道，呼吸测量（xR 系列）需配置 RESP 寄存器选择调制模式与频率；
• 数据读取：DRDY 引脚指示数据就绪，支持状态字（含导联脱落状态、GPIO 状态）与通道数据同步读取，24 位二进制补码格式。

四、产品差异与选型适配

• 核心差异：ADS129xR 系列比 ADS129x 多集成呼吸阻抗测量电路（通道 1 复用），支持内部 / 外部调制信号，适配呼吸监测功能；
• 选型建议：
  • 通道数量：4 通道选 ADS1294/1294R，6 通道选 ADS1296/1296R，8 通道选 ADS1298/1298R；
  • 功能需求：需呼吸监测选 xR 系列，仅需生物电位采集选非 xR 系列；
  • 环境温度：商用场景选 NFBGA 封装，工业级场景选 TQFP 封装或 xR 系列 NFBGA 封装。